MAPK信号通路介导细胞凋亡的研究进展

祝盼盼，商亚珍

(承德医学院中药研究所/河北省中药研究与开发重点实验室/河北省中医药抗痴呆重点研究室，河北承德 067000)

为了维持内环境的稳定，在基因的调控下，细胞自发的死亡过程称为细胞凋亡[1]。细胞凋亡是保持组织稳态的重要因子，受到各信号通路互相作用的调节与控制，其调控异常与神经退行性疾病、自身免疫性疾病和癌症等疾病之间的关系十分密切[2]。P38MAPK、细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)和氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)三种激酶是丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases， MAPKs）的重要组成部分，当外界环境发生一定的改变或者受到细胞因子等刺激后，MAPKs可磷酸化产生一定的生物学效应，参与调节细胞的增殖、迁移和死亡等生物过程。阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）等神经退行性疾病的发生和进展与MAPKs信号通路的功能异常密切相关[3]。大量研究表明，神经组织损伤在很大程度上受到了MAPKs信号通路的影响。近几年，关于MAPKs信号通路在神经损伤性疾病方面的研究也有了很大进展[4，5]。本文通过对近几年MAPKs信号通路与细胞凋亡的关系作一综述，为后期相关疾病的进一步研究提供帮助。

1 细胞凋亡

细胞凋亡常见于免疫反应、胚胎发育、正常组织和器官退化等多种生物进程。细胞凋亡的形态变化相对来说是比较直观的，包括细胞骨架的解体、染色质凝集以及细胞的皱缩等。细胞凋亡是多种基因严格控制的过程，胞内生化环境的改变以及凋亡级联信号的放大传导与细胞凋亡密切相关。经过多年的研究，人们发现异常的细胞凋亡会导致多种疾病的发生，特别是神经退行性病变[6]。所以，阐明细胞凋亡所扮演的角色以及作用机制对寻找、预防和治疗相关疾病有着十分重要的意义。

1.1 细胞凋亡的生化机制

在细胞凋亡的过程中，机体能量会有一定的损耗，这与DNA的降解有一定的关联。早在1992年，Roy等[7]的实验就发现了DNA的降解过程有内源性DNA酶的参与。在内质网中可以发现大量DNA酶的寻在，B细胞淋巴瘤（bcl-2）在内质网膜表达下降时会导致Ca2+的内流，释放DNA酶。胞浆内Ca2+增加时，会导致谷氨酰胺转胺酶的激活，从而参与凋亡细胞粘附状态的改变，进而识别吞噬要凋亡的细胞[6]。细胞内Ca2+的超载与细胞的凋亡和坏死密切相关，也有大量关于细胞凋亡时Ca2+水平变化的研究[8-10]。神经元中的Caspases-8激活后会对Fas等死亡受体进行绑定，Caspases-3或Caspases-9在受到上游Caspases刺激后会被激活，引起细胞的凋亡。

1.2 细胞凋亡的基因表达

caspase家族、Bcl-2基因家族、癌基因以及抑癌基因等多种基因均可以调节和控制细胞凋亡。促调亡基因和抗凋亡基因组成了Bcl-2基因家族，Bc1-2家族成员的过表达会使线粒体细胞色素C的释放减少。有研究发现，在DNA损伤的反应中有抑癌基因p53蛋白存在，p53蛋白的表达会在DNA损伤发生时使细胞周期的G1期阻滞，进而使DNA的修复继续进行。癌基因Myc表达异常时会诱导细胞凋亡，但也有研究证实，在发育性细胞死亡的过程中没有Myc基因的存在[6]。

2 MAPK信号通路

丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs) 是一类丝氨酸或者苏氨酸的蛋白激酶，可以被细胞因子、细胞应激、激素和神经递质等胞外刺激激活。MAPKs信号通路主要由P38MAPK、氨基末端激酶(JNK)以及细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)3条信号通路组成[11]。MAPKs信号转导途径在介导细胞反应时有着十分重要的作用，其广泛存在于细胞的生长繁殖、分裂死亡以及细胞内各种生化反应信号的变化过程中。研究发现，JNK和p38MAPK的激活会促使细胞凋亡，而ERK1/2的激活会抑制细胞凋亡。由此可见，MAPKs信号通路的作用具有一定的特异性[12]。MAPKs信号通路可以介导不同的细胞生物学反应，在细胞进化的过程中具有高度的保守性[13]。

MAPKs的激活途径为典型的3级酶促级联反应。在上游激活蛋白与特定受体结合后，通过MAP3K- MAP2KMAPK的逐级磷酸化，激活其下游转录因子，进而对细胞的各项功能进行调节，与多种疾病的发生发展密切相关[14]。通过对MAPKs信号通路的深入研究，可以达到对AD等神经退行性疾病进行预防或者治疗的目的。

2.1 P38MAPK信号通路

P38为P38MAPK信号通路的主要组成蛋白[15]。它可以被细胞因子、生理应激以及紫外线渗透压变化等细胞信号激活。P38MAPK活化并产生的一系列生物学效应依赖于典型的3级酶促级联反应，此反应是一个连续激活蛋白激酶的反应链，PAK（MAP4K）、MLK（MKKK、MEKK或MAP3K）、MKK3/4/6（MEK或MAP2K）、P38MAPK是这个反应链上的4种蛋白激酶。

PAK和MLK在细胞膜上的受体受到胞外信号的刺激后会进行磷酸化反应，使MKK3/MKK4/MKK6等基因进行转录，诱导蛋白磷酸化，从而使P38MAPK基因进行转录。某些转录因子可被活化后的P38MAPK诱导表达，促进细胞凋亡的发生[16]。有研究发现，细胞外肿瘤坏死因子egr(TNF)与活性氧可以通过激活P38MAPK激酶诱导细胞凋亡[17]。早在1999年便有研究报道AD患者大脑中P38MAPK活性增加，而后的一项临床研究报道，AD患者血液中磷酸化的P38MAPK随着疾病时间的增长而增多，同时发现，在中枢神经系统中，P38MAPK在脑中与记忆和学习相关的地域中高度表达[18,19]。梁克山等[20]的研究发现，P38MAPK抑制剂对细胞具有一定的保护作用，对细胞凋亡具有一定的抑制作用。不难看出，阻断神经细胞中的p38MAPK信号通路所致的细胞凋亡是减弱AD等神经退行性疾病发展的重要途径。

2.2 ERK1/2信号通路

ERK1/2激酶由ERK1激酶和ERK2激酶组成。神经递质以及神经营养因子等多种外界信号均可使ERK1/2活化，从而调节细胞的生长与分化。ERK1/2信号通路在肿瘤发生发展以及神经系统学习记忆等疾病中发挥着重要作用。

ERK1/2信号通路是一个由Ras→Raf→MEK→ERK1/2组成的信号轴，Raf在与被细胞因子等刺激激活后的Ras结合，然后由细胞质移至细胞膜。MEK在细胞膜上与活化后的Raf结合，通过磷酸化反应被激活。MEK是一种较为特殊的双特异性激酶，ERK1/2可被MEK通过磷酸化反应激活[14]，被激活后的ERK1/2可以起到调节基因的转录、抑制神经细胞的凋亡、调节学习记忆功能的作用[13]。ERK的激活与细胞增殖分化的程度紧密相关，还可以调控多种凋亡因子的表达，促进细胞的发育与增殖。ERK1/2信号通路激活后，会诱导神经细胞凋亡的发生，容易使脑组织受到损伤，并受到继发性损害[21]。张盼盼等[22]研究发现，ERK信号通路在激活后会促使c-fos蛋白表达，调控海马区神经元的凋亡。在AD中，纤维状的Aβ会促使ERK1/2的激活，导致细胞死亡[23]。ERK1/2通路可将大脑中细胞膜上的受体信号传递到到细胞核中，参与调节神经元的增殖与凋亡。

2.3 JNK信号通路

1990年，JNK首次被鉴定为一种可被磷酸化的c-Jun激酶，因此被命名为c-Jun氨基末端激酶[13]。JNK信号转导途径由经典信号通路以及非经典信号通路两部分组成，这两种信号通路均通过激酶磷酸化级联反应激活MAPK，然后在细胞核内调控基因的转录，促使相关基因表达。

经典信号通路由细胞内的上游激酶通过级联反应激活下游激酶，Rac和JNKKKK通过级联反应被磷酸化后的下游激酶激活。Rac是可以把MLK激活的小GTP酶。换句话说，MLK在酶偶联磷酸化的作用下被Rac和JNKKKK激活，MAPK激酶通过磷酸化作用可以被活化后的MLK进一步激活。

TNF识别细胞膜上的受体后，其相关因子与JNKKKK通过共同作用激活凋亡信号调节激酶与MEKK4, MKK4在这些酶的磷酸化作用下可被活化，被激活后的MKK4在酶偶联级联反应下使JNK激活，活化的JNK可进一步使c-Jun和c-Fos进行磷酸化反应，从而形成转录复合体，这种复合体在穿过核膜进入细胞核的同时，还可以使与转录相关的因子激活，引起相关基因的表达[24,25]。Bin[26]的研究中证实了miR-326是通过以VAV1为靶点使JNK信号通路失活，抑制AD小鼠的神经元凋亡，从而改善了AD小鼠认知功能。

3 展望

全球老龄化进程愈演愈烈，AD的发病率也正在逐年上升。然而，目前对AD的治疗尚未取得满意的疗效。通过调节海马神经细胞的凋亡来替代AD中功能退化或者死亡的神经元，是目前治疗AD的一种较为有效的方法。通过调节神经细胞凋亡，促进神经元再生，为AD的预防和治疗寻找新的方法，将是一种非常有意义和前景的探索。近年来，关于MAPKs通路与神经损伤的相关性研究越来越多，发现MAPKs信号通路在AD引起的细胞损伤的机理中发挥着十分重要的作用。MAPKs通路作为调节神经细胞凋亡的重要信号通路，为AD的治疗开辟了一个新的方向。